Conjunto de instrucciones
El conjunto de instrucciones de los microprocesadores PIC 16C5X consiste en un pequeño repertorio de solo 33 instrucciones de 12 bits, que pueden ser agrupadas para su estudio en tres a cinco grupos. En este curso se ha optado por clasificarlas, desde el punto de vista del programador, en cinco categorías bien definidas de acuerdo con la función y el tipo de operandos involucrados. En primer lugar se agrupan las instrucciones que operan con bytes y que involucran algún registro de la memoria interna. En segundo lugar se analizaran las instrucciones que operan solo sobre el registro W y que permiten cargarle una constante implícita o incluida literalmente en la instrucción (literales). En tercer lugar se agrupan las instrucciones que operan sobre bits individuales de los registros de la memoria interna. En cuarto lugar se clasifican las instrucciones de control de flujo del programa, es decir las que permiten alterar la secuencia lineal de ejecución de las instrucciones. Por último se agrupan unas pocas instrucciones que llamaremos especiales, cuyas funciones o tipos de operandos son muy específicos y no encajan en ninguna de las clasificaciones anteriores.
Instrucciones de Byte que operan con Registros
Estas instrucciones pueden ser de simple o doble operando de origen. El primer operando de origen será siempre el registro seleccionado en la instrucción, el segundo, en caso de existir, será el registro W. El destino, es decir donde se guardara el resultado, será el registro seleccionado o el W, según se seleccione con un bit de la instrucción.
El formato genérico de estas instrucciones es el siguiente :
0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
|
|
|
|
| d | f | f | f | f | f | |
Los bits 0 a 4 (5 bits), denominados “f” permiten seleccionar uno de 32 registros de la memoria interna. El bit 5, denominado “d”, permite especificar el destino del resultado. Si d = 1 el resultado se guardara en el registro seleccionado. Si d = 0 el resultado se guardara en W. Los bits 6 a 11 identifican la instrucción especifica a realizar.
Las instrucciones siguientes son las tres operaciones lógicas de doble operando :
ANDWF f,d ;operación AND lógica, destino = W f IORWF f,d ;operación OR lógica, destino = W f XORWF f,d ;operación XOR lógica, destino = W f
Los nombres mnemónicos de estas instrucciones provienen de : AND W con F, Inclusive OR W con F y XOR W con F.
Las que siguen son las cuatro operaciones aritméticas y lógicas sencillas de simple operando :
MOVF f,d ;movimiento de datos, destino = f COMF f,d ;complemento lógico, destino = NOT f
INCF f,d ;incremento aritmético, destino = f + 1 DECF f,d ;decremento aritmético, destino = f - 1
Los mnemónicos de estas instrucciones provienen de : MOVe File, COMplement File, INCrement File y DECrement File.
En las siete instrucciones anteriores el único bit afectado de la palabra de estado del procesador es el Z, que se pone en 1 si el resultado de la operación es 00000000, y se pone en 0 si el resultado tiene cualquier otro valor.
A continuación siguen las dos instrucciones de rotación de bits a través del CARRY :
RLF f,d ;rotación a la izquierda, destino = f ROT RRF f,d ;rotación a la derecha, destino = f ROT
En estas operaciones (Rotate Left File y Rotate Right File) los bits son desplazados de cada posición a la siguiente, en sentido derecho o izquierdo. El desplazamiento es cerrado, formando un anillo, con el bit C (CARRY) de la palabra de estado.
En estas dos instrucciones, el único bit afectado de la palabra de estado del procesador es el bit C, que tomará el valor que tenia el bit 7 o el bit 0, según sea el sentido del desplazamiento.
Estas instrucciones son muy útiles para la manipulación de bits, y además para realizar operaciones aritméticas, ya que en numeración binaria, desplazar un número a la izquierda es equivalente a multiplicarlo por 2, y hacia la derecha, a dividirlo por 2.
La instrucción siguiente realiza el intercambio de posiciones entre los cuatro bits menos significativos y los cuatro más significativos (nibble bajo y nibble alto).
SWAPF f,d ;intercambia nibbles, destino = SWAP f
Esta instrucción (SWAP File) no afecta ninguno de los bits de la palabra de estado del procesador.
Esta instrucción es muy útil para el manipuleo de números BCD empaquetados, en los que en un solo byte se guardan dos dígitos BCD (uno en cada nibble).
Las dos operaciones que siguen son la suma y la resta aritméticas :
ADDWF f,d ;suma aritmética, destino = f + W SUBWF f,d ;resta aritmética, destino = f - W
Estas operaciones (ADD W a F y SUBstract W de F) afectan a los tres bits de estado C, DC y Z.
El bit Z se pone en 1 si el resultado de la operación es 00000000, y se pone en 0 si el resultado tiene cualquier otro valor.
La suma se realiza en aritmética binaria pura sin signo. Si hay un acarreo del bit 7, es decir que el resultado es mayor que 255, el bit C (carry) resulta 1, en caso contrario resulta 0. Si hay un acarreo del bit 3, es decir que la suma de las dos mitades (nibbles) menos significativas (bits 0 a 3) resulta mayor que 15, se pone en 1 el bit DC (digit carry), en caso contrario se pone en 0.
Ejemplos :
1010 0010 1101 0000
+ 0100 1111 C DC Z + 0110 1111 C DC Z
1111 0001 0 1 0 0011 1111 1 0 0
La resta se realiza sumando, en binario puro sin signo, el registro f más el complemento a dos de W (el complemento a 1, o complemento lógico, más 1)
Ejemplos : |
| |
f | 0100 0100 | 0010 1000 |
W | - 0010 1000 C DC Z | - 0100 0100 C DC Z |
| 0001 1100 1 0 0 | 1110 0100 0 1 0 |
equivalente a :
f | 0100 0100 | 0010 1000 |
cmp.2 W | + 1101 1000 C DC Z | + 1011 1100 C DC Z |
| 0001 1100 1 0 0 | 1110 0100 0 1 0 |
Los bits de estado C y DC toman el valor normal correspondiente a la suma de f con el complemento a 2 de W. De esta manera el significado para la operación de resta resulta invertido, es decir que C (carry) es 1 si no hubo desborde en la resta, o dicho de otra manera, si el contenido de W es menor que el de f. El bit DC se comporta de manera similar, es decir que DC es 1 si no hubo desborde en la mitad menos significativa, lo que equivale a decir que el nibble bajo del contenido de W es menor que el del registro f.
Las instrucciones que siguen son de simple operando, pero son casos especiales ya que el destino es siempre el registro seleccionado :
CLRF f ;borrado de contenido, f = 0 MOVWF f ;copia contenido W f, f = W
La instrucción CLRF (CLeaR File) afecta solo al bit Z que resulta siempre 0.
La instrucción MOVWF (MOVe W a F) no afecta ningún bit de la palabra de estado.
Instrucciones de Byte que operan sobre W y Literales
Estas instrucciones se refieren todas al registro W, es decir que uno de los operandos de origen y el operando de destino son siempre el registro W. En las instrucciones de este grupo que tienen un segundo operando de origen, este es siempre una constante de programa literalmente incluida en la instrucción, llamada constante literal o simplemente literal.
El formato genérico de estas instrucciones es el siguiente :
0 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
|
| k | k | k | k | k | k | k | k | |
Los bits 0 a 7 especifican la constante literal de 8 bits que se utilizara en la operación.
Las tres instrucciones que siguen son las operaciones lógicas tradicionales, similares a las que ya vimos anteriormente, pero realizadas entre una constante de programa y el registro W :
IORLW k ; operación OR lógica, W = W k ANDLW k ; operación AND lógica, W = W k XORLW k ; operación XOR lógica, W = W k
En estas tres instrucciones (Inclusive OR Literal W, AND Literal W y XOR Literal W) el único bit afectado de la palabra de estado del procesador es el Z, que se pone en 1 si el resultado de la operación es 00000000, y se pone en 0 si el resultado tiene cualquier otro valor.
La instrucción que sigue sirve para cargar una constante de programa en el registro W :
MOVLW k ;carga constante en W, W = K
Esta (MOVe Literal W) instrucción no afecta ninguno de los bits de estado del procesador.
La instrucción que sigue (CLeaR W) no correspondería incluirla en este grupo, y pertenece en realidad al primero, el de las instrucciones que operan sobre registros, ya que se trata de un caso especial de la instrucción CLRF, con destino W, y f = 0. La incluimos aquí porque como se le ha asignado un mnemónico particular referido específicamente al registro W, creemos que, desde el punto de vista del programador, es más útil verla dentro del grupo de instrucciones referidas a W.
CLRW ;borra el contenido de W, W = 0
Al igual que en la instrucción CLRF, el único bit de estado afectado es el Z que resulta 1.
Instrucciones de Bit
El formato genérico de estas instrucciones es el siguiente :
Los bits 0 a 4 (5 bits), denominados “f”, permiten seleccionar uno de 32 registros de la memoria interna. Los bits 5 a 7, denominados “b”, permiten especificar el numero de bit (0 a 7) sobre el que se operara. Estas instrucciones operan solamente sobre el bit especificado, el resto de los bits del registro no son alterados. Estas instrucciones no tienen especificación de destino, ya que el mismo es siempre el registro seleccionado.
BCF f,b ;borra el bit b de f ;bit f(b) = 0 BSF f,b ;coloca en uno el bit b de f ;bit f(b) = 1
Estas instrucciones (Bit Clear File y Bit Set File) no afectan ningún bit de la palabra de estado del procesador.
Instrucciones de Control
GOTO k ;salto a la posición k (9 bits) del programa
Esta es la típica instrucción de salto incondicional a cualquier posición de la memoria de programa (que en la mayoría de los microprocesadores convencionales se llama JUMP). La constante literal k es la dirección de destino del salto, es decir la nueva dirección de memoria de programa a partir de la cual comenzarán a leerse las instrucciones después de ejecutar la instrucción GOTO. Esta instrucción simplemente carga la constante k en el registro PC (contador de programa). La única complicación de esta instrucción es que la constante k es de solo 9 bits, mientras que el registro PC es de 11 bits, ya que en el 16C57 debe permitir direccionar una memoria de programa de 2 K. Los dos bits faltantes, bit 9 y 10 del PC, son tomados respectivamente de los bits de selección de página PA0 y PA1 de la palabra de estado. Este comportamiento particular hace que la memoria de programa aparezca como dividida en paginas de 512 posiciones como se vera más adelante. El programador debe tener en cuenta que antes de ejecutar una instrucción GOTO es posible que haya que programar los bits PA0 y PA1.
La que sigue es la instrucción de llamado a subrutina:
CALL k ;salto a la subrutina en la posición k (8 bits)
Su comportamiento es muy similar al de la instrucción GOTO, salvo que además de saltar guarda en el stack la dirección de retorno de la subrutina (para la instrucción RETLW).
Esto lo hace simplemente guardando en el stack una copia del PC incrementado, antes de que el mismo sea cargado con la nueva dirección k. La única diferencia con la instrucción GOTO respecto de la forma en la que se realiza el salto, es que en la instrucción CALL la constante k tiene solo 8 bits en vez de 9. En este caso también se utilizan PA0 y PA1 para cargar los bits 9 y 10 del PC, pero además el bit 8 del PC es cargado siempre con 0. Esto hace que los saltos a subrutina solo puedan realizarse a posiciones que estén en las primeras mitades de las paginas mencionadas. El programador debe tener en cuenta este comportamiento y asegurarse de ubicar las posiciones de inicio de las subrutinas en las primeras mitades de las paginas.
La instrucción que aparece a continuación es la de retorno de subrutina:
RETLW k ;retorno de subrutina con constante k, W = k
Esta (RETurn con Literal in W) instrucción produce el retorno de subrutina con una constante literal k en el registro W. La operación que realiza consiste simplemente en sacar del stack un valor y cargarlo en el PC. Ese valor es el PC incrementado antes de realizar el salto, de la ultima instrucción CALL ejecutada, por lo tanto es la dirección de la instrucción siguiente a dicho CALL.. Dado que el stack es de 11 bits, el valor cargado en el PC es una dirección completa, y por lo tanto se puede retornar a cualquier posición de la memoria de programa, sin importar como estén los bits de selección de pagina. Esta instrucción además carga siempre una constante literal en el registro W. Ya que esta es la única instrucción de retorno de subrutina de los PIC16C5X, no hay en estos microprocesadores forma de retornar de una subrutina sin alterar el registro W. Por otro lado, y con una metodología especial de programación, un conjunto de sucesivas instrucciones RETLW puede ser usado como una tabla de valores constantes incluida en el programa (Ej. : tablas BCD/7 seg., hexa/ASCII, etc.).
A continuación se presentan las dos únicas instrucciones de “salteo” (skip) condicional. Estas instrucciones son los únicos medios para implementar bifurcaciones condicionales en un programa. Son muy generales y muy poderosas ya que permiten al programa tomar decisiones en función de cualquier bit de cualquier posición de la memoria interna de datos, y eso incluye a los registros de periféricos, los puertos de entrada/salida e incluso la palabra de estado del procesador. Estas dos instrucciones reemplazan y superan a todo el conjunto de instrucciones de salto condicional que poseen los microprocesadores sencillos convencionales (salto por cero, por no cero, por carry, etc.).
BTFSC f,b | ;salteo si bit = 0, | bit = f(0) saltea |
BTFSS f,b | ;salteo si bit = 1, | bit = f(1) saltea |
BTFSC (Bit Test File and Skip if Clear) saltea la próxima instrucción si el bit b del registro f es cero. La instrucción BTFSS (Bit Test File and Skip if Set) saltea si el bit es 1. Estas instrucciones pueden usarse para realizar o no una acción según sea el estado de un bit, o, en combinación con GOTO, para realizar una bifurcación condicional.
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